Single-atom Ni-N4 sites coordinate dual nonradical oxidation pathways via peroxymonosulfate activation: Computational insights and in situ spectroscopic analyses

化学 电子转移 催化作用 光化学 原位 拉曼光谱 Atom(片上系统) 计算机科学 生物化学 光学 物理 嵌入式系统 有机化学
作者
Qingming Zeng,Yanjun Wen,Xiaoguang Duan,Xing Xu,Jing Tan,Qingyan Zhang,Yilin Liu,Qingyi Zeng
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:346: 123752-123752 被引量:86
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2024.123752
摘要

In this work, we revealed a dual-pathway nonradical oxidation (NRO) system catalyzed by Ni single atom catalyst (NiN4) accommodated in the carbon nitride substrate. The monatomic Ni coordinated with four N atoms (Ni-N4) is determined as the dynamic catalytic center for peroxymonosulfate (PMS) activation, showing an exceptional specific rate constant of 3.34 min-1 g-2 L-2 (29.7 times that of CN/PMS system) in oxidizing bisphenol A and other refractory organics. In situ Raman, X-ray absorption, and electrochemical analyses as well as theoretical simulations demonstrate that the Ni-N4 sites exhibit strong interaction with PMS benefited from the modulated electronic structures, resulting in nonradical surface-bonding active complexes (NiN4-PMS*) and deuterogenic high-valent Ni(IV)-Oxo species. The dual-pathway NRO process will spontaneously coordinate both electron transfer process via CN matrix and direct electron transfer by Ni(IV)-Oxo for selective organic oxidation with excellent anti-interference ability and adaptability.
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